Комбинируя различные составляющие своих теорий, струнные теоретики нашли гораздо больше возможных форм скрытых измерений, чем количество атомов в наблюдаемой Вселенной. И каждая такая конфигурация пространства создает свою собственную струнную симфонию, описывает иную вселенную со своим особым набором действующих законов. Поэтому, исследуя математические ландшафты миров, образованных скрытыми измерениями высших порядков, теоретики одновременно открывали невероятное множество возможных физических законов и в трех «больших» доступных нашему восприятию измерениях. Определенные конкретные сочетания скрытых измерений соответствуют вселенным, законы которых почти идентичны тем, которые мы наблюдаем, – отличие, например, лишь в точных значениях масс нескольких частиц. Такие вселенные могли бы быть столь же – если не более – благоприятными для жизни, как наша. Однако большинство сочетаний добавочных измерений дает вселенные, совершенно не похожие на нашу: в них присутствуют невиданные конгломераты неизвестных в нашем мире частиц и сил. К концу ХХ столетия теория струн сделалась каким-то универсальным магазином физических законов: любой, кто выдумал бы произвольную вселенную, управляемую определенной физикой, мог бы найти в этом магазине подходящую конфигурацию добавочных измерений, которой эта вселенная соответствует. Существуют бесчисленные вселенные, где отталкивающие силы темной энергии препятствуют образованию галактик и жизни, странные вселенные, в которых коллайдер производил бы черные дыры – а Стивен получил бы за это свою нобелевку, – и даже расширяющиеся вселенные с другим числом «больших» измерений пространства.
В космологическом контексте образование сочетаний дополнительных измерений – часть цепочки нарушающих симметрию переходов, в результате которых и расцветает древо действующих законов. Всплеск инфляции, переход, посредством которого три пространственных измерения отделяются от других и расширяются, тоже можно рассматривать как часть процесса образования многомерной реальности на заре рождения Вселенной. По сути, даже само это рождение, в ходе которого пространство, возможно, «расщепилось» на пространство-время, выглядит чем-то вроде нарушающего симметрию перехода, в каком-то смысле окончательного. Более того, квантовые скачки вносят в этот процесс элемент случайности. И хотя бо́льшая их часть проходит бесследно, те, что запускают нарушающие симметрию переходы, усиливаются и остаются «вмороженными» во Вселенную как составляющая новообразованных действующих законов. Это дарвинова взаимосвязь изменчивости и отбора, снова разыгрывающаяся в первичной среде очень ранней Вселенной – на самом древнем, основном уровне эволюции, какой мы можем себе представить.
Невероятный диапазон форм шестимерных узелков означает, что теория струн отвечает на поставленный мною выше вопрос так: изменчивость и случайность выигрывают у необходимости – с большим перевесом. Так значит, «теория всего» настолько могуча, что не определяет ничего?
С одной стороны, тот факт, что вибрирующие квантовые струны генерируют гравитацию, означает, что в арсенале теории струн есть все для осуществления мечты Эйнштейна о полной и единой теории всех сил и частиц. Больше того, в отличие от Стандартной модели, в теории струн нет никаких свободных параметров, которые надо измерить прежде, чем можно будет использовать ее аппарат. С теоретической точки зрения более чистой ситуации в физике не бывает. С другой стороны, эта чистота, по-видимому, позволяет теории содержать в себе мириады действующих физических законов. В своей прекрасной книге «Скрытая реальность» (The Hidden Reality) Брайан Грин во всех подробностях описывает этот головокружительный математический ландшафт и разбирает не менее пяти очень разных способов, которыми хитроумные извивы структур теории струн порождают множество действующих законов.
С практической точки зрения этот «универмаг законов» означает, что теория струн – не закон, но метазакон. Оглядываясь назад, можно сказать, что в этом нет ничего неожиданного: ведь отсутствие параметров и предопределенных структур в объединяющей математике, лежащей в основе теории струн, как раз и значит, что для любого действующего закона, который в этой математике зашифрован, должен существовать некий возникающий элемент, а возникновение в квантовом мире подвержено случайным изменениям.
ОДНАКО БОЛЬШИНСТВО СОЧЕТАНИЙ ДОБАВОЧНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ ДАЕТ ВСЕЛЕННЫЕ, СОВЕРШЕННО НЕ ПОХОЖИЕ НА НАШУ: В НИХ ПРИСУТСТВУЮТ НЕВИДАННЫЕ КОНГЛОМЕРАТЫ НЕИЗВЕСТНЫХ В НАШЕМ МИРЕ ЧАСТИЦ И СИЛ.
Получается любопытная вещь: историю Великого объединения можно прочесть двумя разными способами, каждый из которых показывает нам эту историю с разных сторон.
Читая ее в направлении от низких энергий к высоким, или сверху вниз на рис. 35, мы вспоминаем историю успеха программы объединения в физике частиц. Поднимаясь вверх по энергетической шкале, мы сталкиваемся со все более всеобъемлющими симметриями, в которых зашифрованы все более глубокие математические структуры: они связывают друг с другом все наблюдаемые силы и частицы, и возможно, даже темную материю во все более всеохватывающих унифицирующих рамках. Это ортодоксальное прочтение идеи объединения в рамках физики частиц – и это рассказ о том, как эти идеи тестируются в лаборатории. Физика частиц требует все более мощных ускорителей, чтобы, сталкивая в них частицы все более высоких энергий, исследовать все более глубокие объединяющие симметрии (в то же время предполагая, что порог образования черных дыр лежит еще выше). При таком прочтении делается акцент на взаимосвязанности всех «строительных кирпичиков» Природы и внутренней необходимости, которая воплощается в этом объединении.
При чтении от высоких энергий к низким, или снизу вверх на рис. 35, мы видим последовательность переходов, создающих ветвящуюся структуру дерева физических сил и частиц, очень напоминающую древо жизни (см. рис. 5). Это направление чтения естественно для космологии, где расширение приводит к остыванию, а остывание вызывает разветвление. Под таким углом зрения Великое объединение становится в первую очередь великим источником изменчивости, которая позволяет физическим законам мутировать и приобретать разнообразные формы, как это миллиарды лет спустя будет происходить с биологическими особями.
Эти два прочтения не противоречат друг другу. Они всего лишь представляют две стороны одной медали – изменчивость и отбор.
Важнейшее открытие теории струн – широчайший спектр ветвящихся путей, оказалось переломным для теории мультивселенной. Ее сторонники, такие как Линде и Виленкин, давно уже понимали, что от тех островных вселенных в составе мультивселенной, где инфляция закончилась и перешла в горячий Большой взрыв, можно ожидать самых широких различий в структуре и составе: в некоторых могут быть запасы вещества, достаточные для образования миллиардов галактик, в то время как другие могут оказаться почти пустыми. Однако в рамках теории струн масштабы отличий островных вселенных друг от друга становятся просто непредставимо огромными. Теория говорит, что на вечно расширяющейся арене инфляции может разыгрываться невероятное разнообразие сценариев островных вселенных, каждая из которых должна нести в себе следы своего рождения, со своим собственным уникальным каскадом переходов, происшедших в процессе ее расширения и остывания. Мультивселенная в целом тогда предстает пестрой мозаикой поистине ошеломляющего масштаба, лоскутки которой каким-то образом скрепила невидимая рука метазаконов теории струн.
У изучающих свой мир обитателей какой-то из этих островных вселенных могло бы сложиться впечатление, что их физические законы универсальны. Им, этим существам, могло бы даже подуматься – уж не приспособил ли кто-то тщательно и гостеприимно эти законы к появлению жизни? Но в пестрой мультивселенной теории струн это было бы лишь иллюзией. То, что мы называем «законами физики», было бы лишь местными закономерностями, замороженными реликтовыми отражениями обстоятельств конкретного пути, которым следовал наш участок космического пространства, остывая после горячего Большого взрыва. Так же как замеченная Дарвином форма клюва галапагосских вьюрков или правосторонняя закрученность спирали ДНК, свойства частиц и сил были бы не отражением высшего замысла, но всего лишь особенностями нашего локального космического окружения. Дело просто в том, что подобный дарвиновскому естественному отбору процесс, породивший действующие физические законы, происходил в очень и очень далеком прошлом – и это скрывает от нас их эволюционный характер.
Я живо помню лекцию Леонарда Сасскинда «Антропный пейзаж теории струн»[141], прочитанную на симпозиуме «Вселенная или Мультивселенная?» – одной из первых научных конференций, где были представлены как струнные теоретики, так и космологи. Симпозиум проходил в марте 2003 года в Стэнфордском университете под руководством Линде и знаменитого писателя и физика-теоретика Пола Дэвиса. Теоретики были настроены празднично. Уже много лет продвижение к окончательной теории, которая единственно возможным образом описала бы наблюдаемый мир, топталось на месте. На симпозиуме Сасскинд поразительным образом сменил ракурс этого движения: он утверждал, что поиски просто шли в неверном направлении. Теория струн покоится на прочных и глубоких математических принципах, говорил он, но она не является физическим законом в обычном смысле – мы должны воспринимать ее как метазакон, который управляет мультивселенной, состоящей из бесчисленных островных вселенных со своими локальными физическими законами.
Позже в том же году, в Санта-Барбаре, в Институте теоретической физики Кавли начались работы по первой программе космологии суперструн. В переполненной аудитории сияющий от счастья Линде объяснял ловившим каждое его слово струнным теоретикам, как его механизм вечной инфляции, генерирующий вселенные, может породить бесконечное обилие островных вселенных. В нарисованной им картине мира они заполняют даже самые отдаленные уголки математического пейзажа теории струн. Вечная инфляция, заявил он, обращает безграничную вариативность теории в реальную космическую мозаику – мультивселенную.